CCD摄象技术在线纹量具生产中的应用

　　引　言

　　线纹量具结构简单,制造不复杂。但在生产过程中对其如何进行在线自动测量,一直是人们期待解决的问题。光电技术和计算机技术的飞速发展,为这类问题的解决创造了有利的条件。在图象处理领域里得到广泛应用的CCD摄象技术在非接触几何量测量领域里同样有着无量的前景。可以说,使用CCD摄象技术是解决线纹量具在线测量和自动检定等的理想方案。对线纹量具的测量主要是指检测量具上刻线间的距离。CCD摄象测量就是通过把量具上的线纹成象于CCD表面,并以CCD光敏阵列为标准尺(经过标定和误差修正)检测线纹的空间位置,然后计算出量具上线纹的间距。

　　1　线纹摄象测量原理

　　1.1　256位线阵CCD及其驱动原理

　　256位线阵CCD,就是在器件内有256个沿一直线排列的光敏单元,在这些光敏单元的背后有一排与之对应的MOS电容阵列,CCD驱动电路一般有4路脉冲,x是光电荷转移脉冲,其上跳沿也是每幅图象输出的起始参考点。由1,2组成两相交变脉冲电压(相位差为90度),它们将转移到MOS电容上的光电荷向输出极传递,R是输出极复位脉冲,它的作用是清除输出极输出一个单元的电荷后所剩电荷,以保证下一个单元的电荷电压正确输出。(见图1,图中省略2)若光线照到光敏单元上,光电效应使光敏单元产生光积分电荷,这些电荷在转移脉冲x[见图1(b)]为低电平时,转移到MOS电容上。然后,在1,2组成的交变电压作用下,MOS电容上的电荷向输出极传递。从输出极看,转移脉冲x的上跳沿也是输出一幅图象信号的起始时刻。此后交变电压每循环变化一次,输出极就获得一个光敏单元上的光电信号,交变电压循环变化256次,输出极上就输出了所有256个光敏单元上的光电信号,如此便完成了一幅图象信号的输出。

　　1.2　线纹位置光电转换原理

　　由CCD输出极输出的电压是一个与驱动脉冲同步的模拟信号,它反映了CCD各个光敏单元上不同的光照度,对这个信号进行二值处理就可得到线纹的影象在CCD视场里的位置,图1(a)表示经过二值整形的CCD输出电压。它的纵坐标表示各个光敏单元的光照量,高电平表示有光照,而低电平就是阴影。也即高电平表示图象中白的背景,低电平表示黑的刻线象。横坐标可以用驱动脉冲1的个数度量,而1与CCD光敏单元一一对应。这样,图1(a)中的d1表示从第一个光敏单元到刻线象前缘的光敏单元数(可换算成距离)。d2就是刻线宽度的光敏单元数。由此可知,只要记录与d1相对应的<1脉冲数便可得到刻线前缘在CCD视场中的位置,同理与d2相对应的1脉冲数即表示了刻线宽。1的每一个脉冲所代表的几何量为CCD相邻两个光敏单元中心距。